DE102022109740A1 - Method and device for carrying out optical coherence measurements for monitoring a machining process of a workpiece - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung optischer Kohärenzmessungen für eine Überwachung eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks (12). Das Verfahren umfasst ein Erzeugen mehrerer hochenergetischer Bearbeitungsstrahlen und/oder Bearbeitungsstrahlteile (18), die gemäß einem vorgegebenen Spotmuster (20) gleichzeitig auf mehrere Auftreffpunkte (22) richtbar sind, um eine Multispot-Bearbeitung des Werkstücks (12) durchzuführen, bei der das Spotmuster (20) relativ zu dem Werkstück (12) bewegt wird. Ferner umfasst das Verfahren ein Erzeugen eines Messstrahls (26) mittels eines optischen Kohärenztomographen (24), der wahlweise auf unterschiedliche Messpositionen (28) richtbar ist. Außerdem umfasst das Verfahren ein Festlegen eines Spotmusters (20), das wenigstens zwei unterschiedliche Auftreffpunkte (22) definiert. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Festlegen eines Koordinatensystems (30), wobei das Koordinatensystem (30) bezüglich des Spotmusters (20) ortsfest ist. Außerdem umfasst das Verfahren ein Einstellen einer Messposition (28) bezüglich des Koordinatensystems (30) während einer Multispot-Bearbeitung.The invention relates to a method for carrying out optical coherence measurements for monitoring a machining process of a workpiece (12). The method comprises generating several high-energy processing beams and/or processing beam parts (18), which can be directed simultaneously at several impact points (22) according to a predetermined spot pattern (20) in order to carry out multispot processing of the workpiece (12), in which the spot pattern (20) is moved relative to the workpiece (12). The method further comprises generating a measuring beam (26) by means of an optical coherence tomograph (24), which can be directed selectively to different measuring positions (28). The method also includes defining a spot pattern (20) that defines at least two different impact points (22). The method further comprises defining a coordinate system (30), wherein the coordinate system (30) is stationary with respect to the spot pattern (20). The method also includes setting a measuring position (28) with respect to the coordinate system (30) during multispot processing.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung optischer Kohärenzmessungen für eine Überwachung eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks.The invention relates to a method and a device for carrying out optical coherence measurements for monitoring a machining process of a workpiece.
Für die Bearbeitung von Werkstücken werden mitunter hochenergetische Bearbeitungsstrahlen wie beispielsweise Laserstrahlen eingesetzt. Diese werden gezielt auf ein oder mehrere Werkstücke gerichtet, um Bearbeitungsprozesse durchzuführen, beispielsweise ein Laserstrahlschweißen. Im Auftreffbereich des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück bildet sich eine Prozesszone, in der das Material des Werkstücks aufgeschmolzen wird. Dabei kann sich ein sogenanntes Keyhole ausbilden. Dieses befindet sich innerhalb eines Schmelzbads und ist durch eine Dampfkapillare gebildet, die durch die Einwirkung des Bearbeitungsstrahls auf das Werkstück entsteht.High-energy processing beams such as laser beams are sometimes used to process workpieces. These are specifically aimed at one or more workpieces in order to carry out machining processes, for example laser beam welding. In the area where the high-energy processing beam hits the workpiece, a process zone is formed in which the material of the workpiece is melted. A so-called keyhole can form. This is located within a melt pool and is formed by a vapor capillary, which is created by the action of the processing jet on the workpiece.
Zur Charakterisierung von Werkstücken und zur Überwachung von Bearbeitungsprozessen können optische Kohärenzmessungen durchgeführt werden. Bearbeitungssysteme umfassen in solchen Fällen oftmals einen optischen Kohärenztomographen, der einen Messstrahl erzeugt, der auf das Werkstück gerichtet werden kann, um Messungen vor, hinter und/oder innerhalb des Keyholes durchzuführen. Ein bewährter Aufbau sieht dabei vor, den Messstrahl in den Bearbeitungsstrahl einzukoppeln und den Messstrahl und den Bearbeitungsstrahl über eine gemeinsame Optik im Wesentlichen koaxial auf das Werkstück zu führen. Hierbei kann ein Messscanner eingesetzt werden, beispielsweise in Gestalt einer verstellbaren Spiegelanordnung, mittels derer der Messstrahl in zwei Raumrichtungen gezielt verlagert werden kann.Optical coherence measurements can be carried out to characterize workpieces and monitor machining processes. In such cases, machining systems often include an optical coherence tomograph that generates a measuring beam that can be directed onto the workpiece to carry out measurements in front of, behind and/or within the keyhole. A proven structure involves coupling the measuring beam into the processing beam and guiding the measuring beam and the processing beam essentially coaxially onto the workpiece via a common optics. A measuring scanner can be used here, for example in the form of an adjustable mirror arrangement, by means of which the measuring beam can be specifically shifted in two spatial directions.
Um eine Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls in das Material des Werkstücks zu bestimmen, also in anderen Worten eine Einschweißtiefe zu messen, kann der Messstrahl in das Keyhole gerichtet werden. Die Eindringtiefe liefert wertvolle Informationen darüber, ob gewählte Prozessparameter angepasst werden müssen und ob die Bearbeitung problemlos verläuft oder ob beispielsweise versehentlich das Werkstück vollständig durchdrungen wird. Zur Vorbereitung solcher Eindringtiefenmessungen ist es üblich, zunächst den Messstrahl und den Bearbeitungsstrahl zueinander deckungsgleich auszurichten. Die hierfür erforderliche Ausrichtung wird üblicherweise durchgeführt, indem mit dem Bearbeitungsstrahl ein Testschuss auf ein Blech, ein Stück Alufolie oder ein anderes Testwerkstück vorgenommen wird. Wie beispielsweise in
Für einige Bearbeitungsvorgänge hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mehrere Fokuspunkte innerhalb der Prozesszonen zu verwenden, also Bearbeitungsstrahlen oder Teilstrahlen auf mehrere Auftreffpunkte gleichzeitig zu richten. Man spricht in solchen Fällen auch von einer sogenannten Multispot-Bearbeitung. Zur Erzeugung von Multispots sind beispielsweise optische Fasern mit mehreren Kernen bekannt. Häufig werden auch diffraktive optische Elemente (DOEs) oder Prismen zur Aufteilung eines Quellstrahls in mehrere Bearbeitungsstrahlen verwendet. Beispielhaft wird diesbezüglich auf
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Multispot-Bearbeitung mit hoher Genauigkeit überwachen zu können.Based on the prior art, the invention is based on the object of being able to monitor multispot processing with high accuracy.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.This task is solved by a method with the features of claim 1 and a device with the features of
Eine nachlaufende Positionierung eines OCT-Messstrahls bei einer Multispot-Bearbeitung wurde bisher nicht in Erwägung gezogen. Die Erfinder haben erkannt, dass das gängige Vorgehen eines Testschusses zur Bestimmung einer Bearbeitungsstrahlposition für eine Multispot-Bearbeitung zwar mehrere Testschusslöcher liefert, dieses Testschussmuster aber nicht gleichzusetzen ist mit dem Vorhandensein mehrerer Keyholes während der Bearbeitung, insbesondere in dem Fall, dass ein Vorschub erfolgt. Die Erfinder haben ferner erkannt, dass ein Richten des Messstrahls auf die Position eines der Testschusslöcher unter Umständen keine richtungsunabhängige Eindringtiefenmessung während einer Bearbeitung gestatten würde. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein Koordinatensystem zur Einstellung einer Messposition geeignet in Abhängigkeit von einem Spotmuster festzulegen.A trailing positioning of an OCT measuring beam during multispot processing has not yet been considered. The inventors have recognized that the common procedure of a test shot to determine a processing beam position for multispot processing provides several test shot holes, but this test shot pattern cannot be equated with that Presence of multiple keyholes during machining, especially in the case of feed. The inventors have also recognized that directing the measuring beam at the position of one of the test shot holes would under certain circumstances not allow direction-independent penetration depth measurement during processing. According to the invention, it is proposed to define a coordinate system for setting a measurement position in a suitable manner depending on a spot pattern.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung optischer Kohärenzmessungen für eine Überwachung eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen mehrerer hochenergetischer Bearbeitungsstrahlen und/oder Bearbeitungsstrahlteile, die gemäß einem vorgegebenen Spotmuster gleichzeitig auf mehrere Auftreffpunkte richtbar sind, um eine Multispot-Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen, bei der das Spotmuster relativ zu dem Werkstück bewegt wird. Das Verfahren umfasst zudem ein Erzeugen eines Messstrahls mittels eines optischen Kohärenztomographen, der wahlweise auf unterschiedliche Messpositionen richtbar ist. Außerdem umfasst das Verfahren ein Festlegen eines Spotmusters, das wenigstens zwei unterschiedliche Auftreffpunkte definiert. Ferner umfasst das Verfahren ein Festlegen eines Koordinatensystems, wobei das Koordinatensystem bezüglich des Spotmusters ortsfest ist. Außerdem umfasst das Verfahren ein Einstellen einer Messposition bezüglich des Koordinatensystems während einer Multispot-Bearbeitung.The invention relates to a method for carrying out optical coherence measurements for monitoring a machining process of a workpiece. The method includes generating a plurality of high-energy processing beams and/or processing beam parts, which can be directed simultaneously at several impact points according to a predetermined spot pattern in order to carry out multispot processing of the workpiece, in which the spot pattern is moved relative to the workpiece. The method also includes generating a measuring beam using an optical coherence tomograph, which can optionally be directed to different measuring positions. The method also includes setting a spot pattern that defines at least two different impact points. The method further includes determining a coordinate system, wherein the coordinate system is stationary with respect to the spot pattern. The method also includes setting a measurement position with respect to the coordinate system during multispot processing.
Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks und zur Durchführung optischer Kohärenzmessungen für eine Überwachung eines Bearbeitungsprozesses des Werkstücks, insbesondere gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Vorrichtung umfasst eine Bearbeitungseinheit mit einer Bearbeitungsstrahlquelle zum Erzeugen mehrerer hochenergetischer Bearbeitungsstrahlen und/oder Bearbeitungsstrahlteile, die gemäß einem vorgegebenen Spotmuster gleichzeitig auf mehrere Auftreffpunkte richtbar sind, um eine Multispot-Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen, bei der das Spotmuster relativ zu dem Werkstück bewegt wird. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen optischen Kohärenztomographen zum Erzeugen eines Messstrahls, der wahlweise auf unterschiedliche Messpositionen richtbar ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, die eingerichtet ist zum Festlegen eines Spotmusters, das wenigstens zwei unterschiedliche Auftreffpunkte definiert, Festlegen eines Koordinatensystems, wobei das Koordinatensystem bezüglich des Spotmusters ortsfest ist, und Einstellen einer Messposition bezüglich des Koordinatensystems während einer Multispot-Bearbeitung.The invention also relates to a device for machining a workpiece and for carrying out optical coherence measurements for monitoring a machining process of the workpiece, in particular according to a method according to the invention. The device comprises a processing unit with a processing beam source for generating a plurality of high-energy processing beams and/or processing beam parts, which can be directed simultaneously at several impact points according to a predetermined spot pattern in order to carry out multispot processing of the workpiece, in which the spot pattern is moved relative to the workpiece. Furthermore, the device comprises an optical coherence tomograph for generating a measuring beam, which can be directed selectively to different measuring positions. The device also includes a control unit that is set up to set a spot pattern that defines at least two different impact points, set a coordinate system, the coordinate system being stationary with respect to the spot pattern, and setting a measurement position with respect to the coordinate system during multispot processing.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen die Überwachung einer Multispot-Bearbeitung mit hoher Genauigkeit. Ein OCT-System kann durch die erfindungsgemäßen Merkmale sinnvoll zur Messung von Eindringtiefen bei einer Multispot-Bearbeitung verwendet werden. Auch bei einer Bearbeitung mit einem Vorschub und selbst für komplizierte Bearbeitungspfade kann eine richtungsunabhängige präzise Messung durchgeführt werden. Im Speziellen kann ein Messtrahl bei einer Multispot-Bearbeitung gezielt und zuverlässig derart nachlaufend positioniert werden, dass er in ein vom Bearbeitungsstrahl gebildetes Keyhole trifft, und zwar für nahezu beliebige Bearbeitungspfade und ggf. veränderliche Bearbeitungsrichtungen und variable Vorschubgeschwindigkeiten.The method according to the invention and the device according to the invention enable multispot processing to be monitored with high accuracy. Thanks to the features according to the invention, an OCT system can be usefully used to measure penetration depths in multispot processing. Even when machining with a feed and even for complicated machining paths, precise, direction-independent measurement can be carried out. In particular, during multispot processing, a measuring beam can be positioned specifically and reliably in such a way that it hits a keyhole formed by the processing beam, for almost any processing path and, if necessary, variable processing directions and variable feed speeds.
Der zumindest eine Bearbeitungsstrahl kann ein Bearbeitungslaserstrahl sein. Die Bearbeitungsstrahlquelle kann ein Bearbeitungslaser sein. Die Vorrichtung kann einen Bearbeitungskopf umfassen, der beispielsweise auf einem Industrieroboter angebracht sein kann. Der Bearbeitungskopf kann relativ zum Werkstück bewegbar sein, wobei die Relativbewegung durch Bewegung des Bearbeitungskopfes und/oder durch Bewegung des Werkstücks erzeugt werden kann. In einigen Ausführungsformen kann ein einzelner Bearbeitungsstrahl erzeugt werden, der in mehrere Bearbeitungsstrahlen und/oder Bearbeitungsstrahlteile aufgeteilt wird. Hierfür kann zumindest ein DOE, zumindest ein Prisma und/oder zumindest eine optische Faser mit mehreren Kernen verwendet werden. Wenn im Folgenden auf einen Bearbeitungsstrahl oder auf den Bearbeitungsstrahl Bezug genommen wird, soll hierunter zu verstehen sein, dass es sich sowohl um ein Strahlenbündel mehrerer Bearbeitungsstrahlen als auch, alternativ oder zusätzlich, um einen einzelnen Bearbeitungsstrahl handeln kann, der entlang seines Strahlengangs aufgeteilt wird. Es kann damit insbesondere der Bearbeitungsstrahl sowohl vor als auch nach seiner Aufteilung gemeint sein. Unabhängig hiervon liegt zur Bearbeitung ein Spotmuster mit mehreren Spots vor.The at least one processing beam can be a processing laser beam. The processing beam source can be a processing laser. The device can include a processing head, which can be mounted on an industrial robot, for example. The machining head can be movable relative to the workpiece, wherein the relative movement can be generated by moving the machining head and/or by moving the workpiece. In some embodiments, a single processing beam may be generated that is divided into multiple processing beams and/or processing beam parts. At least one DOE, at least one prism and/or at least one optical fiber with multiple cores can be used for this. If reference is made below to a processing beam or to the processing beam, this should be understood to mean that it can be both a beam of several processing beams and, alternatively or additionally, a single processing beam that is divided along its beam path. This can in particular mean the processing beam both before and after its division. Regardless of this, a spot pattern with several spots is available for processing.
Es kann ein Bearbeitungsscanner vorgesehen sein, mittels dessen der Bearbeitungsstrahl relativ zum Werkstück verlagerbar ist. Der Bearbeitungsscanner kann eine Verlagerung einer Bearbeitungsposition auf dem Werkstück in eine oder in zwei Raumrichtungen gestatten. Beispielsweise kann der Bearbeitungsscanner über wenigstens einen und insbesondere zwei bewegliche Spiegel verfügen, mittels derer der Bearbeitungsstrahl gezielt verlagert werden kann.A processing scanner can be provided, by means of which the processing beam can be displaced relative to the workpiece. The machining scanner can allow a machining position on the workpiece to be shifted in one or two spatial directions. For example, the processing scanner can have at least one and in particular two movable mirrors, by means of which the processing beam can be shifted in a targeted manner.
Der Messstrahl kann in den Bearbeitungsstrahl und/oder in die Bearbeitungsstrahloptik einkoppelbar sein. Es kann ein Messscanner vorgesehen sein, mittels dessen der Messstrahl relativ zum Bearbeitungsstrahl bzw. relativ zu dem Spotmuster verlagerbar ist. Der Messstrahl ist insbesondere ein Einzelstrahl. Der Messstrahl kann zusätzlich zum Messscanner auch über den Bearbeitungsscanner verlagerbar sein. In dieser Konfiguration ist beispielsweise der Bearbeitungsstrahl über den Bearbeitungsscanner aber nicht über den Messscanner und der Messstrahl sowohl über den Messscanner als auch über den Bearbeitungsscanner geführt. Somit kann der Messstrahl mittels des Messscanners relativ zum Spotmuster verlagerbar sein, auch wenn der Bearbeitungsscanner bewegt wird.The measuring beam can be coupled into the processing beam and/or into the processing beam optics. A measuring scanner can be provided be hen, by means of which the measuring beam can be displaced relative to the processing beam or relative to the spot pattern. The measuring beam is in particular a single beam. In addition to the measuring scanner, the measuring beam can also be moved via the processing scanner. In this configuration, for example, the processing beam is guided over the processing scanner but not over the measuring scanner and the measuring beam is guided over both the measuring scanner and the processing scanner. The measuring beam can therefore be displaced relative to the spot pattern by means of the measuring scanner, even if the processing scanner is moved.
Der optische Kohärenztomograph kann einen Messarm umfassen, in dem der Messstrahl optisch geführt ist. Ferner kann der optische Kohärenztomograph einen Referenzarm umfassen, in dem ein Referenzstrahl optisch geführt ist. Messstrahl und Referenzstrahl können mithilfe eines Strahlteilers aus einem Quellstrahl, insbesondere einem breitbandigen kurzkohärenten Lichtstrahl, erzeugt sein. Der Messstrahl und der Referenzstrahl können in grundsätzlich bekannter Weise zur Durchführung von optischen Kohärenzmessungen zur Interferenz bringbar sein.The optical coherence tomograph can include a measuring arm in which the measuring beam is optically guided. Furthermore, the optical coherence tomograph can include a reference arm in which a reference beam is optically guided. The measuring beam and reference beam can be generated from a source beam, in particular a broadband, short-coherent light beam, using a beam splitter. The measuring beam and the reference beam can be brought into interference in a generally known manner in order to carry out optical coherence measurements.
Es versteht sich, dass das Spotmuster mindestens zwei Spots umfasst, beispielsweise zwei oder drei oder vier oder fünf oder eine noch größere Anzahl individueller Spots. Das Spotmuster kann so gewählt sein, dass bei der Multispot-Bearbeitung eine einzelne Schweißnaht bzw. eine einzelne Bearbeitungsspur gebildet wird. Das Spotmuster kann insofern verschieden sein von einer Anordnung mehrerer unzusammenhängender Bearbeitungspositionen an unterschiedlichen Stellen des Werkstücks. In einigen Ausführungsformen wird der Bearbeitungsstrahl bzw. werden die Bearbeitungsstrahlen und/oder Bearbeitungsstrahlteile über eine gemeinsame Bearbeitungsstrahloptik und/oder über einen gemeinsamen Bearbeitungsscanner auf das Werkstück geführt. Das Spotmuster kann hierdurch als Ganzes relativ zu dem Werkstück verlagerbar sein. An mittels des Bearbeitungsscanners einstellbaren unterschiedlichen Bearbeitungspositionen trifft jeweils ein zumindest im Wesentlichen unverändertes Spotmuster auf das Werkstück, zumindest sofern nicht das Spotmuster als solches verändert oder angepasst wird. It is understood that the spot pattern includes at least two spots, for example two or three or four or five or an even larger number of individual spots. The spot pattern can be selected so that a single weld seam or a single processing track is formed during multispot processing. In this respect, the spot pattern can be different from an arrangement of several unconnected processing positions at different locations on the workpiece. In some embodiments, the processing beam or the processing beams and/or processing beam parts are guided onto the workpiece via a common processing beam optics and/or via a common processing scanner. The spot pattern can thereby be moved as a whole relative to the workpiece. At different processing positions that can be set using the processing scanner, an at least essentially unchanged spot pattern hits the workpiece, at least as long as the spot pattern as such is not changed or adjusted.
Das Festlegen des Spotmusters kann ein Einstellen zumindest eines optischen Elements umfassen, das zur Aufteilung des Bearbeitungsstrahls dient. Wie erwähnt, kann es sich bei diesem optischen Element um zumindest ein DOE, zumindest ein Prisma und/oder zumindest eine optische Faser mit mehreren Kernen handeln. Das Spotmuster kann von einem Benutzer einstellbar und/oder vorgebbar und/oder voreingestellt sein. In einigen Ausführungsformen ist das Spotmuster automatisiert einstellbar.Setting the spot pattern can include setting at least one optical element that serves to split the processing beam. As mentioned, this optical element can be at least one DOE, at least one prism and/or at least one optical fiber with multiple cores. The spot pattern can be adjustable and/or preset and/or preset by a user. In some embodiments, the spot pattern can be set automatically.
Das Festlegen des Koordinatensystems kann ein Festlegen eines Ursprungs und/oder ein Festlegen zumindest zweier Achsen umfassen. Das Koordinatensystem kann ein zweidimensionales, insbesondere orthogonales, Koordinatensystem sein. Seine Achsen können beispielsweise im Wesentlichen parallel zu einer Bearbeitungsebene verlaufen. Bei einer Bearbeitung kann ein zu bearbeitender Oberflächenabschnitt des Werkstücks parallel zu und/oder in der Bearbeitungsebene angeordnet sein. Das Koordinatensystem kann bezüglich des Spotmusters dahingehend ortsfest sein, dass sein Ursprung einen definierten und/oder konstanten Abstand von den einzelnen Spots des Spotmusters aufweist. Ferner kann das Koordinatensystem dahingehend ortsfest sein, dass sich die Orientierung der Achsen des Koordinatensystems relativ zum Spotmuster nicht ändert. In anderen Worten kann das Koordinatensystem mit dem Spotmuster mitbewegbar und/oder mitrotierbar sein.Setting the coordinate system may include setting an origin and/or setting at least two axes. The coordinate system can be a two-dimensional, in particular orthogonal, coordinate system. Its axes can, for example, run essentially parallel to a processing plane. During machining, a surface section of the workpiece to be machined can be arranged parallel to and/or in the machining plane. The coordinate system can be stationary with respect to the spot pattern in such a way that its origin has a defined and/or constant distance from the individual spots of the spot pattern. Furthermore, the coordinate system can be stationary in the sense that the orientation of the axes of the coordinate system does not change relative to the spot pattern. In other words, the coordinate system can be movable and/or rotatable with the spot pattern.
Eine Bearbeitung erfolgt insbesondere entlang eines Bearbeitungspfads. Anders ausgedrückt, wird bei der Bearbeitung der Bearbeitungsstrahl entlang des Bearbeitungspfads relativ zum Werkstück verlagert. Dieser kann einen beliebigen Verlauf aufweisen und etwa gerade, gekrümmte, winklige, bogenförmige oder anderweitig beschaffene Abschnitte aufweisen. Der Bearbeitungspfad kann bezüglich eines Bearbeitungskoordinatensystems definiert sein. Das Bearbeitungskoordinatensystem kann beispielsweise ein Bezugssystem der Vorrichtung und/oder ein Bezugssystem für das Werkstück sein. Das Bearbeitungskoordinatensystem kann ortsfest zum Werkstück sein, sodass der Bearbeitungspfad relativ zum Werkstück definiert ist. Das Koordinatensystem für die Messposition kann insofern relativ zu dem Bearbeitungskoordinatensystem bewegt und/oder beschleunigt sein, insbesondere sowohl translatorisch als auch rotatorisch. Das Bearbeitungskoordinatensystem kann ein zweidimensionales, insbesondere orthogonales, Koordinatensystem sein. Die Achsen des Bearbeitungskoordinatensystems und die Achsen des Koordinatensystems für die Messposition können unabhängig von einem Bewegungs- und/oder Beschleunigungszustand des Koordinatensystems für die Messposition in einer gemeinsamen Ebene liegen.Processing takes place in particular along a processing path. In other words, during machining, the machining beam is displaced along the machining path relative to the workpiece. This can have any course and may have straight, curved, angled, arcuate or other sections. The machining path may be defined in terms of a machining coordinate system. The machining coordinate system can be, for example, a reference system of the device and/or a reference system for the workpiece. The machining coordinate system can be stationary to the workpiece, so that the machining path is defined relative to the workpiece. The coordinate system for the measuring position can therefore be moved and/or accelerated relative to the processing coordinate system, in particular both translationally and rotationally. The processing coordinate system can be a two-dimensional, in particular orthogonal, coordinate system. The axes of the machining coordinate system and the axes of the coordinate system for the measuring position can lie in a common plane regardless of a movement and/or acceleration state of the coordinate system for the measuring position.
Das Einstellen der Messposition bezüglich des Koordinatensystems während einer Multispot-Bearbeitung kann ein Ausdrücken der Messposition in den Koordinaten des Koordinatensystems umfassen. Eine bezüglich des Koordinatensystems konstante Messposition ist somit bezüglich des Bearbeitungskoordinatensystems in Abhängigkeit von dem Bearbeitungspfad bewegt und/oder beschleunigt.Setting the measurement position with respect to the coordinate system during multispot processing may include expressing the measurement position in the coordinates of the coordinate system. A measuring position that is constant with respect to the coordinate system is therefore relative to the machining tung coordinate system moves and / or accelerates depending on the processing path.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Ursprung des Koordinatensystems in einer Mitte des Spotmusters und/oder zwischen den Spots des Spotmusters positioniert. Ist das Spotmuster bekannt, beispielsweise durch Vorgabe und/oder durch eine Testmessung, kann auf diese Weise der Ursprung ausgehend vom Spotmuster einfach und einer zuverlässigen Vorschrift folgend festgelegt werden. Wird eine Testmessung durchgeführt, bei der das Spotmuster im Rahmen eines Testschusses auf ein Testwerkstück gerichtet wird, kann beispielsweise ein testweise bearbeiteter Bereich mittels des Messstrahls vermessen werden, etwa durch ein Abrastern.In some embodiments of the invention, an origin of the coordinate system is positioned at a center of the spot pattern and/or between the spots of the spot pattern. If the spot pattern is known, for example by specification and/or by a test measurement, the origin can be easily determined based on the spot pattern and following a reliable rule. If a test measurement is carried out in which the spot pattern is directed at a test workpiece as part of a test shot, an area that has been processed for a test can, for example, be measured using the measuring beam, for example by scanning.
Eine besonders zweckdienliche Ausgestaltung, die zudem ein intuitives Nachvollziehen eines eingestellten Nachlaufs der Messposition und/oder eine einfache Programmierung gestattet, kann insbesondere dann erzielt werden, wenn als Ursprung des Koordinatensystems ein Schwerpunkt des Spotmusters gewählt wird. Der Schwerpunkt kann ein geometrischer Schwerpunkt und/oder ein nach Intensität und/oder Leistung an den Auftreffpunkten des Spotmusters gewichteter Schwerpunkt sein. Die Intensitäten und/oder die Leistung an den Auftreffpunkten kann anhand einer Testmessung und/oder anhand einer Vorgabe und/oder anhand einer Schätzung bestimmt sein. Ein im Rahmen einer Testmessung testweise bearbeiteter Bereich kann beispielsweise auf eine Tiefe und/oder einen Durchmesser der einzelnen testweise erzeugten Schusslöcher hin untersucht werden, anhand derer auf die Intensitäten und/oder die Leistung an den einzelnen Auftreffpunkten rückgeschlossen werden kann.A particularly useful embodiment, which also allows intuitive tracking of a set tracking of the measuring position and/or simple programming, can be achieved in particular if a center of gravity of the spot pattern is chosen as the origin of the coordinate system. The center of gravity can be a geometric center of gravity and/or a center of gravity weighted according to intensity and/or power at the impact points of the spot pattern. The intensities and/or the power at the impact points can be determined based on a test measurement and/or based on a specification and/or based on an estimate. An area that has been processed as part of a test measurement can, for example, be examined for a depth and/or a diameter of the individual shot holes created as a test, from which conclusions can be drawn about the intensities and/or the power at the individual impact points.
In einigen Ausführungsformen kann sich die Messposition von jedem Auftreffpunkt des Spotmusters unterscheiden. Die Erfinder haben festgestellt, dass sich das Keyhole in vielen Fällen an einem Ort ausbildet, der sich von sämtlichen Spots unterscheidet, weshalb diese Wahl der Messposition den Vorteil haben kann, dass eine Eindringtiefe präzise bestimmt werden kann, weil der Messstrahl bei der Bearbeitung in das Keyhole gerichtet wird. Hierbei ist zu beachten, dass die Messposition von der aktuellen Bearbeitungssituation abhängen kann. Insbesondere kann ein geeigneter Nachlauf von einer Richtung und/oder einer Vorschubgeschwindigkeit abhängen. Die Erfinder haben diesbezüglich festgestellt, dass auch für deutlich unterschiedliche Bearbeitungspositionen das Keyhole sich regelmäßig an einer Position ausbildet, die keinem der Auftreffpunkte entspricht, selbst wenn die Position des Keyholes veränderlich ist.In some embodiments, the measurement position may differ from each point of impact of the spot pattern. The inventors have found that in many cases the keyhole forms in a location that is different from all spots, which is why this choice of measuring position can have the advantage that a penetration depth can be precisely determined because the measuring beam is in the process during processing Keyhole is directed. It should be noted that the measuring position can depend on the current machining situation. In particular, a suitable overrun can depend on a direction and/or a feed rate. In this regard, the inventors have found that even for significantly different processing positions, the keyhole regularly forms at a position that does not correspond to any of the impact points, even if the position of the keyhole is changeable.
Bei der Multispot-Bearbeitung kann ein einzelnes Keyhole gebildet werden. Die Messposition kann bei der Multispot-Bearbeitung in das Keyhole gerichtet sein. Die Vorteile einer Multispot-Bearbeitung können auf diese Weise mit den Vorteilen einer präzisen Eindringtiefenmessung kombiniert werden.With multispot editing, a single keyhole can be formed. The measuring position can be directed into the keyhole during multispot processing. In this way, the advantages of multispot processing can be combined with the advantages of precise penetration depth measurement.
Das Verfahren kann ferner ein Durchführen einer Bearbeitung umfassen, bei der das Spotmuster relativ zu dem Werkstück mit einer Vorschubgeschwindigkeit und/oder in eine Bearbeitungsrichtung bewegt wird. Außerdem kann das Verfahren ein Einstellen der Messposition in Abhängigkeit von einem Betrag der Vorschubgeschwindigkeit und/oder einer Orientierung der Bearbeitungsrichtung bezüglich des Koordinatensystems umfassen. Insbesondere wir der Nachlauf der Messposition abhängig von und/oder proportional zu der Vorschubgeschwindigkeit eingestellt, d. h. je größer die Vorschubgeschwindigkeit ist, desto größer wird der Nachlauf eingestellt. Die Berücksichtigung der Orientierung kann dem Umstand Rechnung tragen, dass die Keyholeposition bzw. der Abstand des Keyholes vom Ursprung des Koordinatensystems von der Orientierung, insbesondere der relativen Drehung, des Spotmusters bezogen auf die Bearbeitungsrichtung bzw. das Bearbeitungskoordinatensystem abhängen kann. Schmelzbad und Keyhole können sich je nach Orientierung des Spotmusters unterschiedlich ausbilden, beispielsweise bezogen auf ihre Position und/oder Geometrie.The method may further include performing a machining in which the spot pattern is moved relative to the workpiece at a feed speed and/or in a machining direction. In addition, the method can include adjusting the measuring position depending on an amount of the feed speed and/or an orientation of the processing direction with respect to the coordinate system. In particular, the tracking of the measuring position is set depending on and/or proportional to the feed speed, i.e. H. the higher the feed speed, the greater the overtravel is set. Taking the orientation into account can take into account the fact that the keyhole position or the distance of the keyhole from the origin of the coordinate system can depend on the orientation, in particular the relative rotation, of the spot pattern in relation to the processing direction or the processing coordinate system. Melt pool and keyhole can form differently depending on the orientation of the spot pattern, for example based on their position and/or geometry.
Des Weiteren kann das Verfahren ein Durchführen einer Testbearbeitung eines Testwerkstücks umfassen, bei der das Spotmuster mit zumindest einer Vorschubgeschwindigkeit in zumindest zwei unterschiedliche Bearbeitungsrichtungen bewegt wird. Außerdem kann das Verfahren ein Verlagern der Messposition bezüglich des Koordinatensystems während der Testbearbeitung umfassen, insbesondere entlang zumindest einer Linie parallel und/oder senkrecht und/oder schräg zu einer aktuellen Bearbeitungsrichtung, um Messdaten zu erhalten, aus denen ein Profil einer Eindringtiefe in das Testwerkstück bestimmbar ist. Ferner kann das Verfahren ein Festlegen einer Abhängigkeit der Einstellung der Messposition von einer Orientierung der Bearbeitungsrichtung und der Vorschubgeschwindigkeit bezüglich des Koordinatensystems umfassen. Hierdurch kann eine Eindringtiefenmessung auch für wechselnde Bearbeitungsrichtungen zuverlässig und präzise bestimmt werden, indem anhand der Testbearbeitung ermittelt wird, wie sich unterschiedliche Vorschubgeschwindigkeiten und/oder unterschiedliche Bearbeitungsrichtungen auf die Position des Keyholes auswirken. Diese Information kann dann dazu benutzt werden, die Messposition geeignet einzustellen.Furthermore, the method can include carrying out a test processing of a test workpiece, in which the spot pattern is moved with at least one feed speed in at least two different processing directions. In addition, the method can include shifting the measuring position with respect to the coordinate system during test processing, in particular along at least one line parallel and/or perpendicular and/or oblique to a current processing direction, in order to obtain measurement data from which a profile of a penetration depth into the test workpiece can be determined is. Furthermore, the method can include determining a dependence of the setting of the measuring position on an orientation of the machining direction and the feed rate with respect to the coordinate system. In this way, a penetration depth measurement can also be determined reliably and precisely for changing machining directions by using the test machining to determine how different feed speeds and/or different machining directions affect the position of the keyhole. This information can then be used to set the measuring position appropriately.
Die Testbearbeitung kann ein Bewegen des Spotmusters mit mehreren unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten umfassen. Für jede Vorschubgeschwindigkeit können dann mehrere unterschiedliche Bearbeitungsrichtungen testweise verwendet werden. Anders ausgedrückt kann bei der Testbearbeitung das Spotmuster für die zumindest zwei unterschiedlichen Bearbeitungsrichtungen mit jeweils zumindest zwei unterschiedlichen Vorschubrichtungen bewegt werden. Hierdurch wird ein vollständigeres Bild von der Abhängigkeit der Keyholeposition vom gewählten Bearbeitungspfad und dem gewählten Vorschub entlang des Bearbeitungspfads erhalten. Nach Maßgabe der erhaltenen Informationen kann eine automatische Einstellung der Messposition auf der Grundlage eines vorgegebenen Bewegungsplans erfolgen, also beispielsweise einer vorgegebenen Kombination von Bearbeitungspfad und, ggf. veränderlicher, Vorschubgeschwindigkeit.The test processing may include moving the spot pattern at several different feed rates. Several different machining directions can then be used as a test for each feed speed. In other words, during test processing, the spot pattern can be moved for the at least two different processing directions, each with at least two different feed directions. This provides a more complete picture of the dependence of the keyhole position on the selected machining path and the selected feed along the machining path. According to the information received, the measuring position can be adjusted automatically on the basis of a predetermined movement plan, for example a predetermined combination of processing path and, if necessary, variable feed speed.
Es wird insbesondere darauf hingewiesen, dass alle in Bezug auf Vorrichtungen beschriebenen Merkmale und Eigenschaften, aber auch Verfahrensweisen, sinngemäß auf erfindungsgemäße Verfahren übertragbar und im Sinne der Erfindung einsetzbar und als mitoffenbart gelten. Gleiches gilt auch in umgekehrter Richtung. Das bedeutet, dass auch in Bezug auf Verfahren genannte, bauliche also vorrichtungsgemäße Merkmale im Rahmen der Vorrichtungsansprüche berücksichtigt, beansprucht und ebenfalls zur Offenbarung gezählt werden können.It is particularly pointed out that all features and properties described in relation to devices, but also procedures, can be transferred to methods according to the invention and can be used in the sense of the invention and are considered to be disclosed. The same applies in the opposite direction. This means that structural features mentioned in relation to methods, i.e. features corresponding to the device, can also be taken into account, claimed and also included in the disclosure within the scope of the device claims.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Figuren beispielhaft beschrieben. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und im Rahmen der Ansprüche sinnvoll in Kombination verwenden.The present invention is described below by way of example using the attached figures. The drawing, description and claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and use them in combination within the scope of the claims.
Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks und zur Durchführung optischer Kohärenztomographiemessungen für eine Überwachung eines Bearbeitungsprozesses; -
2 eine schematische Darstellung eines Spotmusters für eine Multispot-Bearbeitung; -
3 eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Bearbeitungspfads; -
4 eine schematische Darstellung einer Ausbildung eines Keyholes bei einer Testbearbeitung mit einer ersten Bearbeitungsrichtung; -
5 eine schematische Darstellung einer Ausbildung eines Keyholes bei einer Testbearbeitung mit einer zweiten Bearbeitungsrichtung; -
6 eine schematische Veranschaulichung einer Abhängigkeit einer Keyholeposition von einer Bearbeitungsrichtung; und -
7 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstücks und zur Durchführung optischer Kohärenztomographiemessungen für eine Überwachung eines Bearbeitungsprozesses.
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1 a schematic representation of a device for machining a workpiece and for carrying out optical coherence tomography measurements for monitoring a machining process; -
2 a schematic representation of a spot pattern for multispot processing; -
3 a schematic representation of a portion of an editing path; -
4 a schematic representation of a formation of a keyhole during a test machining with a first machining direction; -
5 a schematic representation of the formation of a keyhole during test machining with a second machining direction; -
6 a schematic illustration of a dependence of a keyhole position on a machining direction; and -
7 a schematic flowchart of a method for machining a workpiece and for carrying out optical coherence tomography measurements for monitoring a machining process.
Die Bearbeitungseinheit 14 umfasst im dargestellten Beispiel einen Bearbeitungskopf 34. Über eine Schnittstelle 36 des Bearbeitungskopfes 34 ist der Bearbeitungsstrahl 18 in den Bearbeitungskopf 34 einkoppelbar. Der Bearbeitungsstrahl 18 kann beispielsweise durch eine optische Faser zum Bearbeitungskopf 34 geführt sein. Der Bearbeitungskopf 34 ist im dargestellten Fall auf einem nicht dargestellten Industrieroboter angeordnet, mittels dessen der Bearbeitungskopf 34 relativ zum Werkstück 12 bewegbar ist. In anderen Ausführungsformen kann alternativ oder zusätzlich das Werkstück 12 bewegbar sein.In the example shown, the
Die Vorrichtung 10 umfasst zudem einen optischen Kohärenztomographen 24 mit einem OCT-Messgerät 38, das über einen Strahlteiler 40 mit einem Messarm 42 und einem Referenzarm 44 verbunden ist.The
Das OCT-Messgerät 38 ist mit einer Messstrahlquelle 46 zum Erzeugen eines Messstrahls 26 sowie einem Spektrometer 48 zum Detektieren einer überlagerten Messstrahlung ausgebildet. Des Weiteren kann das OCT-Messgerät 38 einen Zirkulator 50 umfassen, der den Strahlteiler 40 über eine Faser bzw. einen Lichtleiter 52 mit der Messstrahlquelle 46 oder dem Spektrometer 48 verbindet, je nach Laufrichtung des eintreffenden Lichts.The
Der Messarm 42 des optischen Kohärenztomographen 24 erstreckt sich bis zu dem Werkstück 12. Der Messarm 42 kann eine verstellbare Kollimationslinse 54 umfassen. Ferner kann eine Schnittstelle 38 vorgesehen sein, über die der Messstrahl 26 in den Bearbeitungskopf 34 eingekoppelt wird.The measuring
Die Vorrichtung 10 umfasst einen Messscanner 56. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Messcanner 56 zwei bewegbare Spiegel, die in zwei unterschiedliche Raumrichtungen schwenkbar sind. Hierdurch kann der Messstrahl 26 gezielt verlagert werden.The
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner einen Bearbeitungsscanner 58. Im dargestellten Fall ist der Bearbeitungsscanner 58 Teil der Bearbeitungseinheit 14. Der Bearbeitungsscanner 58 gestattet ein Verlagern des Bearbeitungsstrahls 18 in zwei Raumrichtungen. Zweckmäßigerweise umfasst der Bearbeitungsscanner 58 zwei entlang des optischen Pfads des Bearbeitungsstrahls 18 hintereinander angeordnete Spiegel, die in jeweils eine Raumrichtung schwenkbar sind. Durch Bewegung beider Spiegel kann somit eine Verlagerung des Bearbeitungsstrahls 18 in einer Ebene erfolgen. Mittels des Bearbeitungsscanners 58 ist der Bearbeitungsstrahl 18 verlagerbar, sodass sich ein Auftreffpunkt auf dem Werkstück 12 verändern lässt.The
Die Bearbeitungseinheit 14 umfasst einen teildurchlässigen Spiegel 60. Dieser lenkt den Bearbeitungsstrahl 18 auf den Bearbeitungsscanner 58. Zudem tritt der Messstrahl 26 durch den teildurchlässigen Spiegel 60 hindurch und trifft ebenfalls auf den Bearbeitungsscanner 58. Der Messstrahl 26 ist damit in den Bearbeitungsstrahl 18 einkoppelbar. Der Messstrahl 26 und der Bearbeitungsstrahl 18 sind gemeinsam mittels des Bearbeitungsscanners 18 verlagerbar. Da der Messstrahl 26 außerdem mittels des Messscanners 56 verlagerbar ist, kann der Auftreffpunkt des Messstrahls 26 auf dem Werkstück 12, also eine Messposition 28, relativ zu dem Auftreffpunkt des Bearbeitungsstrahls 18 und unabhängig vom Bearbeitungsstrahl 18 auf dem Werkstück 12 verlagert werden. Hierdurch sind Messungen sowohl an einer aktuellen Bearbeitungsposition als auch an hiervon verschiedenen Messpositionen 28 möglich. Insbesondere können unterschiedliche Messpositionen 28 eingestellt werden, beispielsweise entlang von Messlinien oder an bestimmten einzelnen Punkten.The
Die Vorrichtung 10 weist außerdem eine Fokussieroptik 62 auf. Die Fokussieroptik 62 kann in einigen Fällen eine F-Theta-Linse umfassen, die hinter dem Bearbeitungsscanner 58 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Vorfokusoptik vorgesehen sein, beispielsweise unmittelbar vor dem Bearbeitungsscanner 58. Der Bearbeitungsstrahl 18 und der Messstrahl 26 treten beide durch die Fokussieroptik 62 hindurch.The
Hieraus ist erkennbar, dass sich der Messarm 42 von dem Strahlteiler 40 ausgehend bis zum Auftreffpunkt des Messstrahls 26 auf dem Werkstück 12 erstreckt. Der Referenzarm 44 ist in seinen optischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich seiner optischen Wegstrecke und/oder seiner Dispersion, an den Messarm 42 angepasst. Hierdurch können in bekannter Weise durch Überlagerung des Lichts, das im Messarm 42 bzw. im Referenzarm 44 läuft, Abstandswerte mittels OCT ermittelt werden.From this it can be seen that the measuring
Das Bearbeitungssystem 10 weist eine Steuereinheit 64 auf. Die Steuereinheit 64 kann eine zentrale Steuereinheit sein, die sowohl die Bearbeitungseinheit 14 als auch den optischen Kohärenztomographen 24 steuert. Alternativ oder zusätzlich können eigene und/oder separate Steuereinheiten vorgesehen sein. Die Steuereinheit 64 bzw. Steuereinheiten umfassen zumindest einen Prozessor sowie einen Speicher zum zwischenzeitlichen und/oder dauerhaften Speichern von Rohdaten, vorverarbeiteten Daten, ausgewerteten Daten, Programmcode und dergleichen. Auf die Funktionen der Steuereinheit 64 wird im Folgenden nochmals eingegangen. Es versteht sich, dass die erwähnten Funktionen der Vorrichtung 10 und ihrer Komponenten sowie die erwähnten Verfahren von der Steuereinheit 64 durchgeführt werden. Ferner ist ein nicht dargestelltes Computerprogrammprodukt vorgesehen, das Anweisungen umfasst, die von der Steuereinheit ausführbar sind, um die erwähnten Steuerfunktionen durchzuführen. Das Computerprogrammprodukt kann ein insbesondere nicht flüchtiges Speichermedium umfassen, auf dem die Anweisungen gespeichert sind.The
Die Bearbeitungseinheit 14 ist dazu eingerichtet, eine Multispot-Bearbeitung durchzuführen. Hierfür wird der Bearbeitungsstrahl 18 in mehrere Bearbeitungsstrahlen oder Bearbeitungsstrahlteile aufgeteilt, die gemeinsam in einem bestimmten Spotmuster 20 auf das Werkstück 12 richtbar sind. Hierdurch sind mehrere Auftreffpunkte 22 definiert. Im exemplarisch dargestellten Fall ist ein optisches Element 66 vorgesehen, mittels dessen das Spotmuster 20 erzeugbar ist, indem der Bearbeitungsstrahl 18 geeignet aufgeteilt wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein oder mehrere doppelbrechende Strahlteilerelemente, Prismen, DOEs, mehrkernige Fasern oder geeignete Kombinationen davon handeln.The
Das Spotmuster 20 kann einstellbar sein. Insbesondere können relative Positionen der Auftreffpunkte 22, eine Anzahl der Auftreffpunkte 22 und/oder eine relative Leistung oder Intensität der individuellen Auftreffpunkte einstellbar sein. Das Spotmuster 20 ist genauer in
Mit Bezugnahme auf
In
Wie in
Um den Messstrahl 26 in unterschiedlichen Bearbeitungssituationen zuverlässig in das Keyhole 68 zu richten, ist die Steuereinheit 64 dazu eingerichtet, ein Koordinatensystem 30 festzulegen, das bezüglich des Spotmusters 20 ortsfest ist. Die Messposition 28 wird dann bezüglich des Koordinatensystems 30 (vgl.
Es kann ein Bearbeitungskoordinatensystem 76 verwendet werden, bezüglich dessen der Bearbeitungspfad 72 definiert ist. Das Bearbeitungskoordinatensystem 76 kann beispielsweise zum Werkstück 12 ortsfest sein. Somit rotiert das Koordinatensystem 30 bei der Bearbeitung entlang des Bearbeitungspfads 72 relativ zum Bearbeitungskoordinatensystem 76, ebenso wie das Spotmuster 20.A machining coordinate
Im exemplarisch dargestellten Fall wird der Ursprung des Koordinatensystem 30 in der Mitte des Spotmusters 20 positioniert. Die dargestellten Achsen des Koordinatensystem 30 zeigen insofern nur beispielhaft die Achsenrichtungen an, markieren aber nicht den Ursprung. Der Ursprung ist im vorliegenden Fall auf den geometrischen Schwerpunkt des Spotmusters 20 gelegt, er befindet sich also dort, wo das Kreuz eingezeichnet ist. Zur Bestimmung des Ursprungs kann ein Testschuss auf ein Testwerkstück durchgeführt werden, anhand dessen die einzelnen Auftreffpunkte 22 erkennbar sind. Diese können optisch erfasst oder auch mithilfe eines Abrasterns durch den Messstrahl 28 aufgefunden werden. Ausgehend hiervon kann der geometrische Schwerpunkt bestimmt werden.In the case shown as an example, the origin of the coordinate
In einigen Ausführungsformen kann der Ursprung auch in einen nach der jeweiligen Intensität an den Auftreffpunkten 22 und/oder der jeweiligen Leistung an den Auftreffpunkten 22 gewichteten Schwerpunkt gelegt werden. Der Ursprung kann sich dann näher an solchen Auftreffpunkten 22 befinden, bei denen viel Leistung anliegt.In some embodiments, the origin can also be placed in a center of gravity weighted according to the respective intensity at the impact points 22 and/or the respective power at the impact points 22. The origin can then be closer to those impact points 22 where there is a lot of power.
Aufgrund der erwähnten Abhängigkeit des Nachlaufs des Keyholes 68 von der Bearbeitungsrichtung 70 und der Vorschubgeschwindigkeit kann eine Kalibriermessung zweckmäßig sein. Hierfür wird eine Testbearbeitung eines Testwerkstücks durchgeführt, bei der das Spotmuster 20 in unterschiedliche Bearbeitungsrichtungen 70 bewegt wird. Dies ist beispielhaft in den
Zum Auffinden des Keyholes wird während der Testbearbeitung eine Messung mittels des Messstrahls 26 durchgeführt. Hierfür wird der Messstrahl 26 zum Beispiel entlang einer Linie 78 verlagert, und es wird ein zugehöriges Höhenprofil gemessen. Dieses Höhenprofil zeigt an, wie weit der Messstrahl 26 an der jeweiligen Messposition 28 in des Werkstück 12 eindringt, es handelt sich also um ein Eindringtiefenprofil. Eine derartige Messlinie umfasst mehrere Messpositionen 28, auf die der Messstrahl 26 gezielt gerichtet wird. Aus dem Höhenprofil kann dann die Position des Keyholes ermittelt werden, beispielsweise, indem eine Position maximaler Tiefe ermittelt wird. Im beispielhaft dargestellten Fall wird jeweils eine Messlinie parallel zur Vorschubrichtung 70 gewählt, die durch den Ursprung des Koordinatensystems 30 verläuft. Es können zusätzlich oder alternativ Messlinien oder auch andere Messpositionsverteilungen verwendet werden, wie etwa Messlinien quer oder schräg zur Bearbeitungsrichtung und/oder Messlinien, die bezüglich des Ursprungs und/oder der Vorschubrichtung seitlich versetzt verlaufen.To find the keyhole, a measurement is carried out using the
Die hierdurch erhaltenen Keyhole-Positionen werden herangezogen, um eine Abhängigkeit der Einstellung der Messposition 28 von der Orientierung der Bearbeitungsrichtung 70 und der Vorschubgeschwindigkeit bezüglich des Koordinatensystems 30 festzulegen. Die Abhängigkeit wird in der Steuereinheit 64 hinterlegt, sodass je nach Bearbeitungssituation stets eine geeignete Messposition 28 für Eindringtiefenmessungen eingestellt werden kann. Dem richtungs- und vorschubabhängigen Nachlauf wird hierdurch Rechnung getragen.The keyhole positions obtained in this way are used to determine a dependence of the setting of the measuring
Die obigen Ausführungen betreffen auch ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks 12 und zur Durchführung optischer Kohärenzmessungen für eine Überwachung eines Bearbeitungsprozesses des Werkstücks 12. Das Verfahren wird beispielsweise mit der beschriebene Vorrichtung 10 durchgeführt. Ein schematisches Ablaufdiagramm eines solchen Verfahrens ist in der
In einem Schritt S1 werden mehrere hochenergetische Bearbeitungsstrahlen und/oder Bearbeitungsstrahlteile 18 erzeugt, die gemäß einem vorgegebenen Spotmuster 20 gleichzeitig auf mehrere Auftreffpunkte 22 richtbar sind, um eine Multispot-Bearbeitung des Werkstücks 12 durchzuführen, bei der das Spotmuster 20 relativ zu dem Werkstück 12 bewegt wird.In a step S1, several high-energy processing beams and/or
In einem Schritt S2 wird ein Messstrahl 26 mittels eines optischen Kohärenztomographen 24 erzeugt, der wahlweise auf unterschiedliche Messpositionen 28 richtbar ist.In a step S2, a
In einem Schritt S3 wird ein Spotmuster 20 festgelegt, das wenigstens zwei unterschiedliche Auftreffpunkte 22 definiert.In a step S3, a
In einem Schritt S4 wird ein Koordinatensystems 30 festgelegt, wobei das Koordinatensystem 30 bezüglich des Spotmusters 20 ortsfest ist.In a step S4, a coordinate
In einem Schritt S5 wird eine Messposition 28 bezüglich des Koordinatensystems 30 während einer Multispot-Bearbeitung eingestellt.In a step S5, a measuring
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